Matlab仿真DF和AF源程序.doc

版权所有，如转载，请注明出处。说明： 该程序是使用Matlab仿真协同通信的DF（解码转发）基本性能，基本模型S-R-D三个节点，接收端使用MRC（最大比合并）。固定DF由于SR信道的错误，其性能受到限制，在大SNR情况下不能获得有效分集。而当SR距离足够近的时候，可能获得一定的分集增益。 该程序也可以作为学习Matlab 通信仿真的入门实例。使用的基本函数：随机数函数 ：rand randn 文件操作：fopen fprintf fclose 时间函数：datestr(now)画图函数：semilogylegendaxis通信基本概念和函数： 瑞利信道及其产生 高斯噪声的产生蒙特卡罗仿真 MRC最大比合并程序一：DF_SNR_SR_distance.m 主程序%written by xiyong8260 25/08/2009%this code is for fixed DF performance evaluation, compare the diffirent SR distance%该仿真用来评估不同的SR距离下的固定DF转发性能%for S-R-D three nodes%the SD and RD channel is Rayleigh fading, and the average SNR is varied.clear all;%the times of Monte Carlo%蒙特卡罗仿真的次数Monte_MAX=10(7);%the length of data frameM2=10(0);MIN_SNR=0;MAX_SNR=30;INTERVAL=2;%功率划分因子，在协同情况下，为了保证总的功率一定，每个节点使用1/2的功率发送POW_DIV=1/2;%open a new record file%打开一个新的文件，如果文件已经存在，那么清除以前的内容fid=fopen(record.txt,w);fprintf(fid,%sn,datestr(now);fclose(fid);%set the SD distance and RD distance%设置SD距离和RD的距离，归一化为1sd_distance=1;rd_distance=1;%变化不同的SR距离sr_distances=0.1,0.5,0.7,0.9;%使用循环的方式仿真不同的SR距离性能for sr_INDEX=1:2 %通过sr_INDEX变量获得真正的SR距离 sr_distance=sr_distances(sr_INDEX); %snrcount这个变量用来对下面的SNR循环进行计数 snrcount=0; %变化SNR循环 for SNR=MIN_SNR:INTERVAL:MAX_SNR sig=10(SNR/10); %just display something on the screen. %仅仅是在计算机上显示一些信息，因为仿真往往很漫长，只是想知道仿真到哪里了. datestr(now) M2 SNR snrcount=snrcount+1; %用来对错误的bit计数 err_num_dsd=0; err_num_coop=0; for tries=0:Monte_MAX %flag indicate if the cooperate is used, if 1, use cooperation,else direct tran is perferred. %一个标志，表明是否转发 tx_coop=1; %generate the source BPSK signal, 0,1 %产生一个长度为M2的0，1随机数 X1=rand(1,M2)0.5;%generate the source BPSK signal,+1,-1 %产生一个长度为M2的BPSK随机信号 Xs=X1*2-1;%generate the source-relay channel, the channel keep constant in a frame %产生SR信道，假设信道在一帧内保持不变 CH_sr=xy_RayleighCH(1)/(sr_distance)2; %the received signal of source-relay transmission %中继接收到的源的信号，y=hx+n R_dsr=CH_sr*sqrt(POW_DIV*sig).*Xs+xy_noise(M2);%the decode signal of source-relay transmission %中继对信道进行估计，匹配后硬判决得到的源的信号，根据MRC（最大比合并）的基本原理 Xr=(conj(CH_sr)*sqrt(POW_DIV*sig).*R_dsr0)*2-1; %如果中继解码错误，则不转发 if (sum(Xs=Xr)0) tx_coop=0; end%如果使用固定DF，我们强制设置tx_coop为1 tx_coop=1; %generate the source-destination channel, the channel keep constant in a frame %产生SD信道，假设信道在一帧内保持不变 CH_sd=xy_RayleighCH(1)/(sd_distance)2; %the received signal of direct source-destination transmission %假设不使用协同，直接传输情况下目的节点接收到的源的信号，y=hx+n，这里，源节点使用全功率发送 R_dsd=CH_sd*sqrt(sig).*Xs+xy_noise(M2);%the decode signal of direct source-destination transmission %目的节点对信道进行估计，匹配后硬判决得到的源的信号，根据MRC（最大比合并）的基本原理 Y_dsd=(conj(CH_sd)*sqrt(sig).*R_dsd0)*2-1;%the received signal of cooperative source-destination transmission %在使用协同情况下，目的节点接收到的源的信号，y=hx+n，这里，源节点使用半功率发送 R_csd=CH_sd*sqrt(POW_DIV*sig).*Xs+xy_noise(M2);%generate the relay-destination channel, the channel keep constant in a frame %产生RD信道，假设信道在一帧内保持不变 CH_rd=xy_RayleighCH(1)/(rd_distance)2; if (tx_coop=1)%the received signal of cooperative relay-destination transmission %在使用协同情况下，目的节点接收到的来自中继的信号 R_crd=CH_rd*sqrt(POW_DIV*sig).*Xr+xy_noise(M2);%MRC的合并信号 R_combine=conj(CH_sd)*sqrt(POW_DIV*sig).*R_csd+conj(CH_rd)*sqrt(POW_DIV*sig).*R_crd; else%if direct transmission is chosen, the source just retransmit the signal again. %如果不使用协同，源节点重复发送自己的数据，假设两次重复发送期间信道保持不变 R_crd=CH_sd*sqrt(POW_DIV*sig).*Xs+xy_noise(M2);%MRC的合并信号 R_combine=conj(CH_sd)*sqrt(POW_DIV*sig).*R_csd+conj(CH_sd)*sqrt(POW_DIV*sig).*R_crd; end %the decode signal of of cooperative MRC combining %MRC后的判决信号 Y_combine=(R_combine0)*2-1;%the number of error bit %统计每一帧里面错误的比特数目 err_num_dsd=sum(Xs=Y_dsd)+err_num_dsd; err_num_coop=sum(Xs=Y_combine)+err_num_coop; end%try=0:Monte_MAX%the real ber %计算每个SNR下的平均错误BER ber_dsd(snrcount)=err_num_dsd/(M2*Monte_MAX); ber_coop(snrcount)=err_num_coop/(M2*Monte_MAX); end% SNR=MIN_SNR:MAX_SNR %以追加的方式打开文件，将数据写入记录文件 fid=fopen(record.txt,a); fprintf(fid,n%ber_dsd isnber_dsd%d= ,sr_INDEX); fprintf(fid,%d ,ber_dsd); fprintf(fid,;n); fprintf(fid,n%fixed ber_coop isnber_coop%d= ,sr_INDEX); fprintf(fid,%d ,ber_coop); fprintf(fid,;n); fclose(fid); end%Sr indexSNR1=MIN_SNR:INTERVAL:MAX_SNR;%瑞利信道下的直接发送的理论BER表达式sig1=10.(SNR1/10);u1=sqrt(sig1./(1+sig1);Pe10=1/2*(1-u1);%瑞利信道下的二阶分集理论BER表达式，使用半功率sig2=1/2*10.(SNR1/10);u2=sqrt(sig2./(1+sig2);Pe20=1/4*(1-u2).(2).*(2+u2);%使用半对数画出SNR和BER的曲线semilogy(SNR1,ber_dsd,-o,SNR1,ber_coop,-+,SNR1,Pe10,-+,SNR1,Pe20,-*);legend(direct,cooperative,L=1, therotic,L=2 therotic);grid on;ylabel(The AVERAGE BER);xlabel(SNR(dB);title(the cooperative BER of BPSK in Rayleigh fading channel);axis(MIN_SNR,MAX_SNR,10(-6),1);程序二：xy_noise.m 高斯噪声函数的产生function M=xy_noise(M2)M=sqrt(1/2)*(randn(1,M2)+j*randn(1,M2);程序三：xy_RayleighCH.m瑞利信道的产生function H=xy_RayleighCH(M2)H=sqrt(1/2)*(randn(1,M2)+j*randn(1,M2);record.txt文件样例%19-Sep-2009 18:27:18%ber_dsd isber_dsd1= 2.306000e-002 1.564000e-002 9.620000e-003 6.000000e-003 3.870000e-003 2.600000e-003 ;%fixed ber_coop isber_coop1= 5.540000e-003 2.710000e-003 1.070000e-003 3.300000e-004 1.800000e-004 4.000000e-005 ;%ber_dsd isber_dsd2= 2.348000e-002 1.516000e-002 9.400000e-003 6.480000e-003 4.060000e-003 2.380000e-003 ;%fixed ber_coop isber_coop2= 7.070000e-003 3.320000e-003 1.740000e-003 8.300000e-004 5.100000e-004 3.000000e-004 ;由于蒙特卡罗仿真时间耗时较长，使用文件操作的好处是可以中途看数据，在计算机出现故障或者断电情况下将已经仿真的数据保存起来。程序四：未经过解释的AF源程序%written by xiyong8260 19/10/2009%this code is for AF performance evaluation%for S-R-D three nodes%all the channel is Rayleigh fading, and the average SNR is varied.clear all;%the times of Monte CarloMonte_MAX=10(7);%the length set of data frameM=1,10,100,1000,10000;MIN_SNR=0;MAX_SNR=30;INTEVAL=2;POW_DIV=1/2;fid=fopen(record.txt,w);fprintf(fid,%sn,datestr(now);fclose(fid);sr_distances=0.1,0.5,0.9;sd_distance=1;rd_distance=1;sr_distance=1;for M_INDEX=1:4 %the length of data frame M2=M(M_INDEX); count=0; for SNR=MIN_SNR:INTEVAL:MAX_SNR sig=10(SNR/10); count=count+1; %just display something on the screen. datestr(now) M2 SNR err_num_dsd=0; err_num_coop=0; for tries=0:Monte_MAX %generate the source BPSK signal, 0,1 X1=rand(1,M2)0.5; %generate the source BPSK signal,+1,-1 Xs=X1*2-1; %the transmitted signal Xst=sqrt(POW_DIV*sig)*Xs; %generate the source-relay channel, the channel is varied each bit CH_sr=xy_RayleighCH(1)/(sr_distance)2; %the received signal of coop source-relay transmission R_dsr=CH_sr*Xst+xy_noise(M2);%关键点之一：放大系数的选择 %the amplified signal of relay to destination amp_coff=sqrt(POW_DIV*sig/(1+POW_DIV*sig*CH_sr*conj(CH_sr); Xr=R_dsr*amp_coff; %the real ber, just for test %cBER=sum(Xs=Xr)/M2; %if (sum(Xs=Xr)0) tx_coop=0; end tx_coop=1; %generate the source-destination channel CH_sd=xy_RayleighCH(1)/(sd_distance)2; %the received signal of direct source-destination transmission R_dsd=CH_sd*sqrt(sig).*Xs+xy_noise(M2); %the decode signal of direct source-destination transmission Y_dsd=(conj(CH_sd)*sqrt(sig).*R_dsd0)*2-1; %the received signal of cooperative source-destination transmission R_csd=CH_sd*Xst+xy_noise(M2); %generate the relay-destination channel, the channel is varied each bit CH_rd=xy_RayleighCH(1)/(rd_distance)2; %the received signal of cooperative relay-destination transmission R_crd=CH_rd*Xr+xy_noise(M2);%关键点之二：合并时候的噪声功率归一化处理 R_com